氧化銦材料的形貌可控制備及其乙醇氣敏性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體金屬氧化物氧化銦(In2O3)是一種重要的多功能材料，因其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能被廣泛地應(yīng)用于太陽能電池、透明電極、光電傳感器、防靜電涂料以及氣體傳感器。作為氣體敏感材料，其敏感特性強烈地依賴于氣敏材料的尺寸和結(jié)構(gòu)等因素，例如顆粒尺寸、表面氧空位缺陷、暴露晶面、比表面積、維數(shù)、網(wǎng)絡(luò)和孔隙率以及摻雜劑。本論文先通過水熱法可控制備不同形貌的In(OH)3納米粒子、立方體、十八面體等前驅(qū)體，再經(jīng)過煅燒獲得相應(yīng)形貌的In2O3氣敏材料，較系

2、統(tǒng)地研究In2O3氣體敏感材料的晶體顆粒大小、暴露{100}和{110}不同晶面的In和O原子的不同排列方式對材料表面氧空位形成的影響，并討論氧空位和暴露晶面對氣敏性能的影響，本論文主要研究內(nèi)容如下：
　　對于In2O3納米粒子，研究粒徑大小對氣體傳感器靈敏度、響應(yīng)/恢復(fù)時間、穩(wěn)定性的影響。以InCl3·4H2O為In源，通過氨水和鹽酸調(diào)整反應(yīng)溶液的pH值為7、9、11，采用水熱法可控制備不同粒徑大小In(OH)3納米顆粒前驅(qū)體，

3、并通過煅燒獲得相應(yīng)的In2O3氣敏材料。研究以不同粒徑大小的In2O3納米顆粒制作的氣體傳感器的氣敏性能，深入探討粒徑大小對傳感器的材料表面氧空位含量、氣敏性能的影響，并揭示其與氣敏性能的關(guān)系。重點討論材料粒徑大小與表面氧空位數(shù)量的關(guān)系以及不同粒徑大小In2O3納米粒子產(chǎn)生不同靈敏度的敏感機理。
　　對于In2O3立方體，研究在粒徑大小基本相同且暴露相同{100}晶面的情況下，影響氣敏性能的主要因素。采用不同的堿源四乙基氫氧化銨、

4、四甲基氫氧化銨、尿素，以InCl3·4H2O為In原料，水熱可控合成大小相當(dāng)而且暴露相同{100}晶面的In(OH)3立方體前驅(qū)體，通過煅燒獲得相應(yīng)的In2O3立方體氣敏材料。以其為研究模型，排除顆粒大小以及暴露晶面對氣敏性能影響，研究不同堿源制備的立方體材料的表面氧空位缺陷結(jié)構(gòu)對氣敏性能的影響。根據(jù)材料的晶體結(jié)構(gòu)，分析了{100}晶面次外層的氧空位的含量對氣敏性能的影響，并進一步獲得材料的表面氧空位缺陷與氣敏性能的關(guān)系。揭示不同堿源對

5、材料次外層氧空位生成以及氣敏性能的影響，并對{100}晶面的In和O原子排列方式、次外層氧空位的形成以及敏感機理進行探討。
　　對于In2O3十八面體，研究暴露{110}高能晶面對氣敏性能的影響。采用水熱法，以InCl3·4H2O為原料，通過調(diào)整堿源NaOH的用量以及反應(yīng)介質(zhì)中無水乙醇與去離子水的體積比可控合成暴露{100}和{110}晶面的In(OH)3十八面體前驅(qū)體。詳細研究堿源NaOH的用量、反應(yīng)介質(zhì)中無水乙醇與去離子水不同